36. Трансформаторные мосты, их использование для измерения полных сопротивлений.
Применяют в широком диапазоне частот- до сотен МГц. Достоинства: отсутствие паразитных связей в схеме, хорошая защищенность от помех, возможность автоматизации.
В таких мостах плечи образованы обмотками трансформаторов, поэтому их иногда называют трансформаторными мостами. Трансформаторные мосты выполняют по разным схемам. Рассмотрим одну из них:
Напряжение питания U от генератора G подводят к первичной обмотке w1 трансформатора Т1. К его вторичным обмоткам w2 и w7 присоединены измеряемый конденсатор с потерями (Сх и Rx) и образцовые элементы C0 и R0, соединенные с первичными обмотками w5 и w6 трансформатора Т2. Сигнал ошибки Uвых снимают с его вторичной обмотки w4.
Если
не учитывать индуктивностей обмоток,
то получим токи 
;
;
Условие баланса моста (Uвых=0) получается при равенстве нулю магнитного потока в сердечнике трансформатора Тр2, т.е. при выполнении условия I3w3=I5w5+I6w6. Подставив сюда значения токов после выделения действительной и мнимой частей равенства, получим: Rx=R0w2w3/(w7w6); Cx=C0w7w5/(w2w3); tgδ=w6/(w5ωR0C0)
Для индуктивности направление тока меняем знак w7=-w7’
Проблема - чтобы U1 и U2 не зависели от измеряемой величины. Делается с помощью операционных усилителей с преобразованием сопротивления(проводим) в напряжение. Трансформ напряжения не нужен.
Такие мосты уравновешивают, изменяя параметры образцовых элементов или число витков трансформаторов. На основе трансформаторных мостов строят цифровые мосты с автоматической балансировкой. Метод трансформаторного моста реализован в выпускаемых промышленностью приборах, позволяющих измерять L,C,R и tgδ с основной погрешностью не менее 0.1% на частоте 1 кГц в широком диапазоне значений измеряемых параметров (L:10-7…103 Гн, С:10-2...108 пФ, R: 10-3...107 Ом).
Погрешность очень мала (дискретность переключения витков, дрейф нуля, погрешность эталонных элементов).
37. Резонансные методы измерения параметров компонентов цепей. Действующие значения индуктивности катушки и емкости конденсатора и методы их измерения. Погрешности резонансного метода.
Резонансные методы можно реализовать, вводя измеряемый элемент в контур автогенератора или колебательный контур, слабо связанный с генератором. Эти методы называются генераторный и контурный соответственно.
1
)
Генераторный метод
Включает в себя два генератора G1 и G2 высокой частоты. G1 настроен на фиксированную частоту. Контур G2 можно перестраивать образцовым конденсатором С. Устанавливаем частоту G2 равную частоте G1. Емкость Cк=С2+Сп генератора G2 складывается из емкости образцового конденсатора С1 (С приняло некое значение С1) и паразитной емкости. Измеряемую емкость Сх включаем в контур G2 параллельно образцовому. Равенство частот нарушается, восстанавливаем его, уменьшая емкость образцового конденсатора до значения С2. Тогда Сх=С1-С2. Tgδ определяется расчетным путем.
Погрешности: погрешность воспроизведения емкости на шкале прибора, погрешность индикации равенства частот, нестабильность частоты генератора, предельная погрешность, зависящая от предельных погрешностей определения резонансных емкостей.
Так как генераторы G1 и G2 строятся по одинаковой схеме, то влияние дестабилизирующих факторов (температура, напряжение питания приращения резонансных емкостей) практически будут скомпенсированы.
Приборы данного типа характеризуются высокой разрешающей способностью и могут применяться для измерения малых емкостей и индуктивностей на частотах до десятков МГц. Активное сопротивление, а соответственно и потери, прибор измерять не может.
2) Контурный метод (см. билет №38)
Этот метод положен в основу приборов, называемыми измерителями добротности (куметрами).
Погрешности: погрешность градуировки образцового конденсатора, погрешность установки частоты генератора, погрешность фиксации момента резонанса (зависит от чувствительности вольтметра, от добротности всего контура)
Метод пригоден для цепей с малыми потерями.
Важная особенность резонансного метода – возможность определять действующее значение параметров, т.е. фактические значения сопротивления, индуктивности или емкости с учетом паразитных составляющих ее эквивалентной схемы. Кроме того, по результатам измерений на нескольких частотах можно определить паразитные параметры измеряемых элементов (межвитковую емкость катушки, собственную индуктивность конденсатора и т.д.)
Паразитные параметры:
Конденсатор не является чистой емкостью, а обладает также сопротивлением и индуктивностью. На некоторой частоте конденсатор имеет собственный резонанс со своей индуктивностью. При f > fp конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f < fp, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер.
Реальная катушка эквивалентно представляет собой идеальную индуктивность, включенной последовательно с резистором активного сопротивления обмотки с присоединенной параллельно этой цепочке паразитной ёмкостью (см. рис). В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостный.